CN103527532B - 一种长距离无摩擦恒力输出气浮装置 - Google Patents

Abstract

一种长距离无摩擦恒力输出气浮装置，包括输出气缸和跟随系统；所述输出气缸包括长活塞、缸筒、储气套、气压压板，所述跟随系统系统包括滑块、直线导轨、电机、滚珠丝杠、激光传感器等；所述输出气缸通过安装支架连接跟随系统；所述长活塞套装在缸筒内，所述储气套套装在缸筒外，所述储气套及缸筒的两端通过端盖和底座密封，所述安装支架两端分别固定端盖和底座且上表面通过滑块套装在直线导轨上，所述直线导轨两端通过支座支撑，所述电机安装在支座上且连接滚珠丝杠，滚珠丝杠通过螺母座连接安装支架，激光位移传感器安装在安装支架上；本发明利用输出气缸来输出恒力，利用跟随系统控制输出气缸实现长距离运动，结构简单、稳定性好、精度高。

Description

一种长距离无摩擦恒力输出气浮装置

技术领域

本发明涉及恒力输出装置。

背景技术

根据其不同的应用环境及应用要求，恒力输出有多种结构和实现方法。动态恒力输出是指将一个恒定的力值加载在动态运动的目标工件上。

通过砝码与目标工件吊挂是最为简单和常用的施加恒力的方法，由于砝码质量恒定，所以作用在目标工件上的力保持不变，但是当目标工件做加速或减速运动时，砝码会因自身惯性力的影响而产生一个作用在目标工件上的附加力，且砝码质量越大影响越大，因此这种方法只适用于目标工件低速或匀速运动的场合。力矩电机、液压气缸等也常被应用于恒力输出领域。如专利申请号为201120495617.7的“恒力输出的液压装置”就公布了一种通过PLC控制器、电磁比例阀、压力传感器输出精确力值的液压装置,但是此装置中压力传感器安装在液压装置的输出端，压力传感器处于运动状态，因此会影响测量值的精确度。气浮无摩擦气缸在实现超精密恒力输出控制、微压动作控制中得到广泛应用；活塞与缸筒间通过气体润滑不存在摩擦力，因此作用在活塞上的力与活塞的横截面积和缸筒内的气压大小有关；但是气体的响应速度慢，缸筒内活塞运动产生的体积变化会导致气压瞬变，引起输出恒力的波动，因此，气浮无摩擦气缸一般用来实现动作输出，恒压控制比较困难，难以保证输出力值的恒定；再者活塞与活塞壁间的气隙要求为微米级，加工精度要求非常高，受加工条件和加工精度的限制，超长行程的活塞难以实现。

发明内容

针对现有恒力输出装置中输出力值难以保持恒定、传感器测量不够精准、恒力输出精度不高、无法实现长距离恒力输出等问题，本发明提供一种稳定性好的、恒力输出精度高的长距离无摩擦恒力输出气浮装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种长距离无摩擦恒力输出气浮装置，包括输出气缸和跟随系统；所述输出气缸包括长活塞、缸筒、储气套、气压压板，所述跟随系统包括滑块、直线导轨、电机、滚珠丝杠、激光位移传感器、反光板；所述输出气缸通过安装支架连接跟随系统。

所述长活塞套装在缸筒内且与缸筒间存在极小间隙，所述储气套套装在缸筒外，所述储气套及缸筒的两端通过端盖和底座密封，所述长活塞穿过端盖，所述安装支架两端分别固定端盖和底座，所述安装支架上表面通过滑块套装在直线导轨上，所述直线导轨两端通过支座支撑，所述电机安装在支座上且连接滚珠丝杠，所述滚珠丝杠通过螺母座连接安装支架，所述激光位移传感器安装在安装支架的侧面，所述反光板套装在长活塞的顶端，所述激光位移传感器与反光板位置相对。

所述储气套与缸筒间形成相互独立的第一储气腔和第二储气腔。

所述气压压板套装在缸筒内且与缸筒壁间有间隙，所述气压压板下安装力传感器，所述力传感器固定在底座上，所述底座上开有出气口。

所述长活塞中心开有进气通孔和卸气通孔，所述进气通孔和卸气通孔间通过密封塞隔离，所述进气通孔在长活塞位于缸筒内的一端。

所述长活塞上沿圆周均布第一径向节流孔，所述第一径向节流孔与进气通孔相通，所述第一径向节流孔沿轴向方向至少有两组；所述缸筒靠近端盖的一端沿圆周均布第二径向节流孔，所述第二径向节流孔与第二储气腔相通；所述气压压板上沿圆周均布第三径向节流孔，所述第三径向节流孔与缸筒内腔相通。

所述第一径向节流孔、第二径向节流孔和第三径向节流孔内均安装有节流塞。

所述长活塞上设有第一卸压槽，所述第一卸压槽包含外圆柱面上的第一凹槽、第一凹槽内沿圆周均布的径向盲孔以及与径向盲孔相通的第一轴向孔；所述第一轴向孔一端通过卸气通孔内的第二凹槽与卸气通孔相通，所述第一轴向孔的另一端通过堵块密封；所述外圆柱面上的第一凹槽至少有两组且位于第一径向节流孔的两侧；所述第一卸压槽与第一径向节流孔之间相互隔离。

所述缸筒上设有第二卸压槽，所述第二卸压槽包含缸筒内圆柱面上的第三凹槽、与第三凹槽相通的第二轴向孔，所述第二轴向孔另一端与端盖上的通孔相通；所述第三凹槽位于第二径向节流孔的下方，所述第二卸压槽与第二径向节流孔之间相互隔离。

所述缸筒靠近气压压板的一端沿圆周均布进气口，所述储气套上设有第一进气孔和第二进气孔，所述第一进气孔与第一储气腔相通，所述第二进气孔与第二储气腔相通。所述第一进气孔和第二进气孔分别通过气管与比例阀连接。

本发明的设计思路是：为了实现长距离的恒力输出，本发明利用输出气缸来输出恒力，利用跟随系统控制输出气缸实现长距离运动。

长活塞与缸筒间通过气体润滑，不存在摩擦力影响，且长活塞横截面积一定，因此只要保证通入缸筒内的气体气压保持恒定，则长活塞上输出的力值保持恒定。输出气缸通过安装支架连接跟随系统，跟随系统通过安装支架可带动缸筒随动，安装支架上安装有激光位移传感器，激光位移传感器可测量出缸筒的位移，然后将信息反馈给跟随系统，控制缸筒运动相应的距离，使得长活塞始终在缸筒的有效行程内，从而实现长距离的恒力输出，

在缸筒外增加一个储气套，储气套与缸筒间形成两个储气腔，第一储气腔与缸筒进气腔相通，相当于增大了缸筒进气腔的容积，长活塞运动引起的容积变化对气压突变的影响较小，另一方面，利用跟随系统控制缸筒随动，减小了因长活塞运动引起缸筒腔体体积的突变，进一步提高了恒力输出的精度。

第二储气腔为缸筒上的第二径向节流孔供气，保证缸筒与长活塞间形成稳定的气膜；两个个储气腔通过比例阀单独供气，不相互影响，提高了恒力输出的精度及稳定性。

缸筒底座上安装力传感器和气压压板，气压压板上设有第三径向节流孔，通过活塞内腔自身气体供气，气压压板与缸筒间形成气体润滑，不存在摩擦力，因为作用在活塞底端的力与作用在气压压板上的力相等，所以通过力传感器可以测量出活塞输出的力值大小，通过比例阀调整储气腔内气压的大小，精确控制输出的力值且操作方便。

活塞为一个圆柱体，位于缸筒外的一端为输出端，位于缸筒内的一端上有第一径向节流孔，缸筒内的高压气体通过第一径向节流孔在活塞与缸筒间形成气膜，缸筒上端有第二径向节流孔，采用第二储气腔内的高压气体供气，在缸筒与活塞的间隙形成气膜，两处气膜为活塞提供支撑和润滑，结构及供气方式简单、承载能力好。

径向节流孔附近均设有卸压槽，卸压槽与外界常压相通，一方面防止缸筒内高压气体进入气浮间隙对气膜产生影响，起到密封作用，另一方面在间隙内形成常压区，促进气膜的形成。

本发明的优点表现在：结构简单、稳定性好、精度高。

附图说明

图1是一种长距离无摩擦恒力输出气浮装置示意图

图2是长活塞示意图

图3是缸筒示意图

具体实施方式

结合图1～图3，一种长距离无摩擦恒力输出气浮装置，包括输出气缸和跟随系统；输出气缸包括长活塞1、缸筒7、储气套8、气压压板17，跟随系统包括滑块31、直线导轨34、电机36、滚珠丝杠33、激光位移传感器28、反光板29等；输出气缸通过安装支架30连接跟随系统。

长活塞1套装在缸筒7内且与缸筒7间存在极小间隙，储气套8套装在缸筒外，端盖3和底座14通过螺栓2套装在储气套8及缸筒7的两端，长活塞1穿过端盖3。

安装支架30两端分别固定端盖3和底座14，安装支架30上表面通过滑块31套装在直线导轨34上，直线导轨34两端通过支座35支撑，电机36安装在支座35上且连接滚珠丝杠33，滚珠丝杠33通过螺母座32连接安装支架30，激光位移传感器28安装在安装支架30的侧面，反光板29套装在长活塞1的顶端，激光位移传感器28与反光板29位置相对。

储气套8与缸筒7间形成相互独立的第一储气腔19和第二储气腔22。储气套8上设有第一进气孔12和第二进气孔5，第一进气孔12与第一储气腔19相通，第二进气孔5与第二储气腔22相通。第一进气孔12和第二进气孔5分别通过气管13与比例阀6连接。

气压压板17套装在缸筒7内且与缸筒壁间有间隙，气压压板17下安装力传感器16，力传感器16固定在底座14上，底座14上开有出气口15。气压压板17上沿圆周均布第三径向节流孔，第三径向节流孔通过轴向盲孔与缸筒内腔相通，第三径向节流孔内安装有节流塞。

长活塞1中心开有进气通孔24和卸气通孔26，进气通孔24和卸气通孔26间通过密封塞9隔离，进气通孔24在长活塞1位于缸筒7内的一端；长活塞1上沿圆周均布第一径向节流孔10，第一径向节流孔10与进气通孔24相通，第一径向节流孔10沿轴向方向有两组，第一径向节流孔10内安装有节流塞；长活塞1上设有第一卸压槽，第一卸压槽包含外圆柱面上的第一凹槽18、第一凹槽18内沿圆周均布的径向盲孔23以及与径向盲孔23相通的第一轴向孔25；第一轴向孔25一端通过卸气通孔26内的第二凹槽20与卸气通孔26相通，第一轴向孔25的另一端通过堵块密封；第一凹槽18有两组且位于第一径向节流孔10的两侧；第一卸压槽与第一径向节流孔10之间相互隔离。

缸筒7靠近端盖3的一端沿圆周均布第二径向节流孔4，第二径向节流孔4与第二储气腔22相通，第二径向节流孔4沿轴向方向有两组，第二径向节流孔4内安装有节流塞；缸筒7上设有第二卸压槽，第二卸压槽包含缸筒内圆柱面上的第三凹槽21、与第三凹槽21相通的第二轴向孔27，所述第二轴向孔27另一端与端盖3上的通孔相通；第三凹槽21位于第二径向节流孔4的下方，第二卸压槽与第二径向节流孔4之间相互隔离；缸筒7靠近气压压板17的一端沿圆周均布进气口11。

Claims (1)

1.一种长距离无摩擦恒力输出气浮装置，其特征在于：包括输出气缸和跟随系统；所述输出气缸包括长活塞、缸筒、储气套、气压压板，所述跟随系统包括滑块、直线导轨、电机、滚珠丝杠、激光位移传感器、反光板；所述输出气缸通过安装支架连接跟随系统；

所述长活塞套装在缸筒内且与缸筒间存在极小间隙，所述储气套套装在缸筒外，所述储气套及缸筒的两端通过端盖和底座密封，所述长活塞穿过端盖，所述安装支架两端分别固定端盖和底座，所述安装支架上表面通过滑块套装在直线导轨上，所述直线导轨两端通过支座支撑，所述电机安装在支座上且连接滚珠丝杠，所述滚珠丝杠通过螺母座连接安装支架，所述激光位移传感器安装在安装支架的侧面，所述反光板套装在长活塞的顶端，所述激光位移传感器与反光板位置相对；

所述储气套与缸筒间形成相互独立的第一储气腔和第二储气腔；

所述气压压板套装在缸筒内且与缸筒壁间有间隙，所述气压压板下安装力传感器，所述力传感器固定在底座上，所述底座上开有出气口；

所述长活塞中心开有进气通孔和卸气通孔，所述进气通孔和卸气通孔间通过密封塞隔离，所述进气通孔在长活塞位于缸筒内的一端；

所述长活塞上沿圆周均布第一径向节流孔，所述第一径向节流孔与进气通孔相通，所述第一径向节流孔沿轴向方向至少有两组；所述缸筒靠近端盖的一端沿圆周均布第二径向节流孔，所述第二径向节流孔与第二储气腔相通；所述气压压板上沿圆周均布第三径向节流孔，所述第三径向节流孔与缸筒内腔相通；

所述第一径向节流孔、第二径向节流孔和第三径向节流孔内均安装有节流塞；

所述长活塞上设有第一卸压槽，所述第一卸压槽包含外圆柱面上的第一凹槽、第一凹槽内沿圆周均布的径向盲孔以及与径向盲孔相通的第一轴向孔；所述第一轴向孔一端通过卸气通孔内的第二凹槽与卸气通孔相通，所述第一轴向孔的另一端通过堵块密封；所述外圆柱面上的第一凹槽至少有两组且位于第一径向节流孔的两侧；所述第一卸压槽与第一径向节流孔之间相互隔离；

所述缸筒上设有第二卸压槽，所述第二卸压槽包含缸筒内圆柱面上的第三凹槽、与第三凹槽相通的第二轴向孔，所述第二轴向孔另一端与端盖上的通孔相通；所述第三凹槽位于第二径向节流孔的下方，所述第二卸压槽与第二径向节流孔之间相互隔离；

所述缸筒靠近气压压板的一端沿圆周均布进气口，所述储气套上设有第一进气孔和第二进气孔，所述第一进气孔与第一储气腔相通，所述第二进气孔与第二储气腔相通；所述第一进气孔和第二进气孔分别通过气管与比例阀连接。